Cili quhet kufiri i proporcionalitetit me forcën e rrjedhshmërisë së materialit. Vetitë mekanike të metaleve

Metalet karakterizohen nga duktilitet i lartë, përçueshmëri termike dhe elektrike. Ata kanë një shkëlqim metalik karakteristik.

Rreth 80 elementë të tabelës periodike të D.I kanë veti të metaleve. Mendelejevi. Për metalet, si dhe për lidhjet metalike, veçanërisht ato strukturore, rëndësi të madhe kanë veti mekanike, kryesore prej të cilave janë forca, duktiliteti, fortësia dhe qëndrueshmëria.

Nën ndikimin e një ngarkese të jashtme, stresi dhe deformimi lindin në një trup të fortë. në lidhje me zonën origjinale të prerjes tërthore të mostrës.

Deformim -është një ndryshim në formën dhe madhësinë e një trupi të fortë nën ndikim forcat e jashtme ose si rezultat i proceseve fizike që ndodhin në trup gjatë transformimeve fazore, tkurrjes etj. Deformimi mund të jetë elastike(zhduket pasi të hiqet ngarkesa) dhe plastike(mbetet pas heqjes së ngarkesës). Me një ngarkesë gjithnjë në rritje, deformimi elastik, si rregull, shndërrohet në plastikë, dhe më pas mostra shembet.

Në varësi të metodës së aplikimit të ngarkesës, metodat për testimin e vetive mekanike të metaleve, lidhjeve dhe materialeve të tjera ndahen në statike, dinamike dhe alternative.

Forcë - aftësia e metaleve për t'i rezistuar deformimit ose shkatërrimit nën ngarkesa statike, dinamike ose alternative. Forca e metaleve nën ngarkesa statike testohet në tension, ngjeshje, përkulje dhe përdredhje. Testimi në tërheqje është i detyrueshëm. Forca nën ngarkesa dinamike vlerësohet nga forca specifike e ndikimit, dhe nën ngarkesa alternative - nga forca e lodhjes.

Për të përcaktuar forcën, elasticitetin dhe duktilitetin, metalet në formën e mostrave të rrumbullakëta ose të sheshta testohen për tension statik. Provat kryhen në makinat e testimit të tërheqjes. Si rezultat i provave, merret një diagram tërheqës (Fig. 3.1) . Boshti i abshisës i këtij diagrami tregon vlerat e sforcimit, dhe boshti i ordinatave tregon vlerat e stresit të aplikuara në kampion.

Grafiku tregon se sado i vogël të jetë sforcimi i aplikuar, ai shkakton deformim, dhe deformimet fillestare janë gjithmonë elastike dhe madhësia e tyre varet drejtpërdrejt nga sforcimi. Në lakoren e paraqitur në diagram (Fig. 3.1), deformimi elastik karakterizohet nga vija OA dhe vazhdimin e saj.

Oriz. 3.1. Kurba e tendosjes

Mbi pikën A cenohet proporcionaliteti ndërmjet stresit dhe sforcimit. Stresi shkakton jo vetëm deformim elastik, por edhe të mbetur, plastik. Vlera e tij është e barabartë me segmentin horizontal nga vija e ndërprerë në kurbë të fortë.

Gjatë deformimit elastik nën ndikimin e një force të jashtme, distanca midis atomeve në rrjetën kristalore ndryshon. Heqja e ngarkesës eliminon shkakun që shkaktoi ndryshimin e distancës ndëratomike, atomet kthehen në vendet e tyre origjinale dhe deformimi zhduket.

Deformimi plastik është një proces krejtësisht i ndryshëm, shumë më kompleks. Gjatë deformimit plastik, një pjesë e kristalit lëviz në lidhje me një tjetër. Nëse ngarkesa hiqet, pjesa e zhvendosur e kristalit nuk do të kthehet në vendin e saj origjinal; deformimi do të vazhdojë. Këto ndërrime zbulohen nga ekzaminimi mikrostrukturor. Përveç kësaj, deformimi plastik shoqërohet me shtypje të blloqeve të mozaikut brenda kokrrizave dhe në shkallë të konsiderueshme deformimi vërehet gjithashtu një ndryshim i dukshëm në formën e kokrrizave dhe vendndodhjen e tyre në hapësirë ​​dhe midis kokrrizave shfaqen zbrazëti (pore). (ndonjëherë brenda kokrrave).

Varësia e përfaqësuar OAV(shih Fig. 3.1) ndërmjet tensionit të aplikuar nga jashtë ( σ ) dhe deformimi relativ i shkaktuar prej tij ( ε ) karakterizon vetitë mekanike të metaleve.

· pjerrësia e një vije të drejtë OA tregon fortësi metalike, ose një karakteristikë se si një ngarkesë e aplikuar nga jashtë ndryshon distancat ndëratomike, e cila, në një përafrim të parë, karakterizon forcat e tërheqjes ndëratomike;

· tangjentja e këndit të prirjes së drejtëzës OA proporcionale me modulin elastik (E), i cili numerikisht është i barabartë me koeficientin e stresit të ndarë me deformimin elastik relativ:

tension, i cili quhet kufiri i proporcionalitetit ( σ pc), korrespondon me momentin e shfaqjes së deformimit plastik. Sa më e saktë të jetë metoda e matjes së deformimit, aq më e ulët qëndron pika A;

· në matjet teknike një karakteristikë e quajtur forca e rendimentit (σ 0.2). Ky është një stres që shkakton një deformim të mbetur të barabartë me 0.2% të gjatësisë ose madhësisë tjetër të mostrës ose produktit;

Tensioni maksimal ( σ c) i përgjigjet sforcimit maksimal të arritur gjatë tensionit dhe quhet rezistencë e përkohshme ose qëndrueshmëria në tërheqje .

Një karakteristikë tjetër e materialit është sasia e deformimit plastik që i paraprin thyerjes dhe përkufizohet si ndryshim relativ në gjatësi (ose prerje tërthore) - i ashtuquajturi. shtrirje relative (δ ) ose ngushtim relativ (ψ ), karakterizojnë plasticitetin e metalit. Zona nën kurbë OAV proporcionale me punën që duhet shpenzuar për të shkatërruar metalin. Ky tregues, i përcaktuar menyra te ndryshme(kryesisht duke goditur një ekzemplar të prerë), karakterizon viskozitetit metalike

Kur një kampion shtrihet deri në pikën e dështimit, marrëdhëniet midis forcës së aplikuar dhe zgjatjes së kampionit regjistrohen grafikisht (Fig. 3.2), duke rezultuar në të ashtuquajturat diagrame deformimi.

Oriz. 3.2. Diagrami "forca (tensioni) - zgjatim"

Deformimi i kampionit kur aliazhi ngarkohet fillimisht është makroelastik, dhe më pas gradualisht dhe në kokrriza të ndryshme nën ngarkesa të pabarabarta shndërrohet në plastikë, që ndodh përmes prerjes përmes mekanizmit të dislokimit. Akumulimi i dislokimeve si rezultat i deformimit çon në forcimin e metalit, por kur dendësia e tyre është e konsiderueshme, veçanërisht në zona të veçanta, lindin qendra shkatërrimi, duke çuar në fund të fundit në shkatërrimin e plotë të kampionit në tërësi.

Rezistenca gjatë provës në tërheqje vlerësohet nga karakteristikat e mëposhtme:

1) qëndrueshmëria në tërheqje;

2) kufiri i proporcionalitetit;

3) forca e rendimentit;

4) kufiri elastik;

5) moduli elastik;

6) forca e rendimentit;

7) zgjatja relative;

8) zgjatje relativisht uniforme;

9) ngushtimi relativ pas këputjes.

Forca në tërheqje (forca në tërheqje ose qëndrueshmëri në tërheqje) σ në,është voltazhi që i përgjigjet ngarkesës më të madhe R V para shkatërrimit të mostrës:

σ in = P në /F 0,

Kjo karakteristikë është e detyrueshme për metalet.

Kufiri i proporcionalitetit (σ pc) - ky është tensioni i kushtëzuar R pc, në të cilën fillon devijimi nga varësia proporcionale e urës midis deformimit dhe ngarkesës. Është e barabartë me:

σ pc = P pc /F 0.

vlerat σ pc matet në kgf/mm 2 ose në MPa .

Forca e rendimentit (σ t) është voltazhi ( R T) në të cilën mostra deformohet (rrjedh) pa rritje të dukshme të ngarkesës. Llogaritur me formulën:

σ t = R T / F 0 .

Kufiri elastik (σ 0,05) është sforcimi në të cilin zgjatja e mbetur arrin 0,05% të gjatësisë së seksionit të pjesës së punës të kampionit, e barabartë me bazën e matësit të sforcimit. Kufiri elastik σ 0.05 llogaritet duke përdorur formulën:

σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .

Moduli elastik (E) – raporti i rritjes së sforcimit me rritjen përkatëse të zgjatjes brenda kufijve të deformimit elastik. Është e barabartë me:

E = Pl 0 / l mesatarisht F 0 ,

Ku ∆Р– rritje e ngarkesës; l 0– gjatësia fillestare e vlerësuar e kampionit; u martova– rritje mesatare e zgjatjes; F 0 – sipërfaqja fillestare e prerjes tërthore.

Forca e rendimentit (kushtëzuar) – sforcimi në të cilin zgjatja e mbetur arrin 0.2% të gjatësisë së seksionit të mostrës në pjesën e tij të punës, zgjatja e së cilës merret parasysh gjatë përcaktimit të karakteristikës së specifikuar.


Llogaritur me formulën:

σ 0,2 = P 0,2 /F 0 .

Forca e rrjedhshmërisë së kushtëzuar përcaktohet vetëm nëse nuk ka pllajë rendimenti në diagramin e tërheqjes.

Zgjerim relativ (pas ndarjes) - një nga karakteristikat e plasticitetit të materialeve, e barabartë me raportin e rritjes në gjatësinë e vlerësuar të mostrës pas shkatërrimit ( une te) deri në gjatësinë fillestare efektive ( l 0) në përqindje:

Zgjatim relativisht uniform (δ р)– raporti i rritjes së gjatësisë së seksioneve në pjesën e punës të kampionit pas këputjes me gjatësinë para testimit, i shprehur në përqindje.

Ngushtim relativ pas këputjes (ψ ), si dhe zgjatja relative, është karakteristikë e plasticitetit të materialit. Përcaktohet si raporti i diferencës F 0 dhe minimumi ( F të) zona kryq seksionale e mostrës pas shkatërrimit në zonën fillestare të prerjes kryq ( F 0), e shprehur në përqindje:

Elasticiteti – Vetia e metaleve për të rikthyer formën e mëparshme pas heqjes së forcave të jashtme që shkaktojnë deformim. Elasticiteti është veti e kundërt e plasticitetit.

Shumë shpesh, për të përcaktuar forcën, përdoret një metodë e thjeshtë, jo shkatërruese, e thjeshtuar - matja e fortësisë.

Nën fortësi materiali kuptohet si rezistencë ndaj depërtimit të një trupi të huaj në të, d.m.th., në fakt, ngurtësia karakterizon gjithashtu rezistencën ndaj deformimit. Ka shumë metoda për përcaktimin e fortësisë. Më e zakonshme është Metoda Brinell (Fig. 3.3, a), kur trupi i provës i nënshtrohet forcës R një top me diametër prej D. Numri i fortësisë Brinell (HH) është ngarkesa ( R), e ndarë me sipërfaqen e sipërfaqes sferike të printimit (diametri d).

Oriz. 3.3. Testi i fortësisë:

a – sipas Brinell; b – sipas Rockwell; c – sipas Vickers

Gjatë matjes së fortësisë Metoda Vickers (Fig. 3.3, b) piramida e diamantit shtypet brenda. Duke matur diagonalen e printimit ( d), gjykoni fortësinë (HV) të materialit.

Gjatë matjes së fortësisë Metoda Rockwell (Fig. 3.3, c) dhëmbëzimi është një kon diamanti (nganjëherë një top i vogël çeliku). Numri i fortësisë është reciprok i thellësisë së dhëmbëzimit ( h). Ekzistojnë tre shkallë: A, B, C (Tabela 3.1).

Metodat e shkallës Brinell dhe Rockwell B përdoren për materialet e buta, metoda e shkallës Rockwell C për materialet e forta dhe metoda e shkallës Rockwell A dhe metoda Vickers për shtresat e holla (fletët). Metodat e përshkruara për matjen e fortësisë karakterizojnë fortësinë mesatare të lidhjes. Për të përcaktuar ngurtësinë e përbërësve individualë strukturorë të aliazhit, është e nevojshme të lokalizohet ashpër deformimi, të shtypet piramida e diamantit në një vend të caktuar, të gjetur në një seksion të hollë me një zmadhim prej 100 - 400 herë nën një ngarkesë shumë të vogël. (nga 1 në 100 gf), e ndjekur nga matja e diagonales së dhëmbëzimit nën një mikroskop. Karakteristika që rezulton ( N) quhet mikrofortësi , dhe karakterizon fortësinë e një komponenti të caktuar strukturor.

Tabela 3.1 Kushtet e provës kur matni fortësinë duke përdorur metodën Rockwell

Kushtet e testimit

Emërtimi t

qëndrueshmëri

R= 150 kgf

Kur testohet nga koni dhe ngarkesa e diamantit R= 60 kgf

Kur shtypni topin e çelikut dhe ngarkoni R= 100 kgf

Vlera NV matet në kgf/mm 2 (në këtë rast, njësitë shpesh nuk tregohen) ose në SI - në MPa (1 kgf/mm 2 = 10 MPa).

Viskoziteti – aftësia e metaleve për t'i rezistuar ngarkesave të goditjes. Viskoziteti është veti e kundërt e brishtësisë. Gjatë funksionimit, shumë pjesë përjetojnë jo vetëm ngarkesa statike, por gjithashtu i nënshtrohen ngarkesave të goditjes (dinamike). Për shembull, ngarkesa të tilla përjetohen nga rrotat e lokomotivave dhe makinave në nyjet hekurudhore.

Lloji kryesor i provave dinamike është ngarkimi me ndikim i mostrave të prera në kushte përkuljeje. Ngarkimi dinamik i ndikimit kryhet në drejtuesit e ndikimit të lavjerrësit (Fig. 3.4), si dhe me një ngarkesë në rënie. Në këtë rast, përcaktohet puna e shpenzuar për deformimin dhe shkatërrimin e kampionit.

Në mënyrë tipike, në këto teste, përcaktohet puna specifike e shpenzuar për deformimin dhe shkatërrimin e kampionit. Ajo llogaritet duke përdorur formulën:

KS =K/ S 0 ,

Ku KS– punë specifike; TE– puna totale e deformimit dhe shkatërrimit të kampionit, J; S 0– prerja tërthore e kampionit në vendin e prerjes, m 2 ose cm 2.

Oriz. 3.4. Testimi i ndikimit duke përdorur një testues të ndikimit të lavjerrësit

Gjerësia e të gjitha llojeve të ekzemplarëve matet përpara testimit. Lartësia e mostrave me prerje në formë U dhe V matet përpara testimit dhe me një nivel në formë T pas testimit. Prandaj, puna specifike e tendosjes së thyerjes shënohet me KCU, KCV dhe KST.

Brishtësia metalet në temperatura të ulëta quhen brishtësia e ftohtë . Vlera e forcës së goditjes është dukshëm më e ulët se në temperaturën e dhomës.

Një karakteristikë tjetër e vetive mekanike të materialeve është forca e lodhjes. Disa pjesë (boshte, shufra lidhëse, susta, susta, shina, etj.) gjatë punës përjetojnë ngarkesa që ndryshojnë në madhësi ose njëkohësisht në madhësi dhe drejtim (shenjë). Nën ndikimin e ngarkesave të tilla alternative (dridhje), metali duket se lodhet, forca e tij zvogëlohet dhe pjesa shembet. Ky fenomen quhet i lodhur metali, dhe frakturat që rezultojnë janë lodhje. Për detaje të tilla duhet të dini kufiri i qëndrueshmërisë, ato. madhësia e stresit më të madh që mund të përballojë një metal pa shkatërrim kur numri i dhënë ndryshimet e ngarkesës (ciklet) ( N).

Rezistenca ndaj konsumit - rezistenca e metaleve ndaj konsumimit për shkak të proceseve të fërkimit. Kjo është një karakteristikë e rëndësishme, për shembull, për materialet e kontaktit dhe, veçanërisht, për telin e kontaktit dhe elementët e grumbullimit të rrymës së kolektorit aktual të transportit të elektrizuar. Veshja konsiston në ndarjen e grimcave individuale nga sipërfaqja e fërkimit dhe përcaktohet nga ndryshimet në dimensionet gjeometrike ose masën e pjesës.

Forca e lodhjes dhe rezistenca ndaj konsumit japin pamjen më të plotë të qëndrueshmërisë së pjesëve në struktura, dhe qëndrueshmëria karakterizon besueshmërinë e këtyre pjesëve.

Duket se rezultatet e marra në paragrafët e mëparshëm zgjidhin problemin e testimit të një shufre të ngjeshur për stabilitet; Mbetet vetëm të zgjedhësh faktorin e sigurisë. Megjithatë, ky nuk është rasti. Një studim më i afërt i vlerave numerike të marra duke përdorur formulën e Euler-it tregon se ajo jep rezultate të sakta vetëm brenda kufijve të caktuar.

Figura 1 tregon varësinë e madhësisë së sforcimeve kritike të llogaritura në kuptime të ndryshme fleksibilitet për çelikun 3, i përdorur zakonisht në strukturat metalike. Kjo varësi përfaqësohet nga një kurbë hiperbolike, e ashtuquajtura "hiperbola Eulerian":

Kur përdorim këtë kurbë, duhet të kujtojmë se formula që ajo përfaqëson është marrë duke integruar ekuacionin diferencial të boshtit të lakuar, d.m.th., nën supozimin që sforcimet në shufër në momentin e humbjes së qëndrueshmërisë të mos e kalojnë kufirin e proporcionalitetit.


Fig.1. Varësia hiperbolike e stresit kritik nga fleksibiliteti i shufrës

Për rrjedhojë, ne nuk kemi të drejtë të përdorim vlerat e sforcimeve kritike të llogaritura duke përdorur formulën e Euler-it nëse ato janë marrë mbi këtë kufi për një material të caktuar. Me fjalë të tjera, formula e Euler-it është e zbatueshme vetëm nëse plotësohen kushtet e mëposhtme:

Nëse shprehim fleksibilitet nga kjo pabarazi, atëherë kushti për zbatueshmërinë e formulave të Euler-it do të marrë një formë tjetër:

Duke zëvendësuar vlerat përkatëse të modulit të elasticitetit dhe kufirit të proporcionalitetit për një material të caktuar, gjejmë vlerën më të vogël të fleksibilitetit në të cilën është ende e mundur të përdoret formula e Euler-it. Për çelikun 3, kufiri i proporcionalitetit mund të merret i barabartë me , prandaj, për shufrat e bëra nga ky material, ju mund të përdorni formulën Euler vetëm me fleksibilitet

dmth me i madh se 100%

Për çelikun 5 në Formula e Euler-it është e zbatueshme me fleksibilitet; për gize në , për pishë në etj. Nëse vizatojmë një vijë horizontale në figurën 1 me një ordinatë të barabartë me , atëherë do të presë hiperbolën e Euler-it në dy pjesë; Ju mund të përdorni vetëm pjesën e poshtme të grafikut, e cila lidhet me shufra relativisht të hollë dhe të gjatë, humbja e qëndrueshmërisë së të cilave ndodh në streset që nuk shtrihen më shumë se kufiri i proporcionalitetit.

Zgjidhja teorike e marrë nga Euler doli të jetë e zbatueshme në praktikë vetëm për një kategori shumë të kufizuar shufrash, përkatësisht shufra të hollë dhe të gjatë me fleksibilitet të madh. Ndërkohë, shufrat me fleksibilitet të ulët gjenden shumë shpesh në struktura. Përpjekjet për të përdorur formulën e Euler-it për të llogaritur sforcimet kritike dhe për të kontrolluar qëndrueshmërinë me fleksibilitet të ulët ndonjëherë çuan në fatkeqësi shumë serioze, dhe eksperimentet mbi ngjeshjen e shufrave tregojnë se në streset kritike, kufi i madh proporcionaliteti, forcat aktuale kritike janë dukshëm më të ulëta se ato të përcaktuara nga formula e Euler-it.

Kështu, është e nevojshme të gjendet një mënyrë për të llogaritur sforcimet kritike edhe për ato raste kur ato tejkalojnë kufirin e proporcionalitetit të materialeve, për shembull, për shufrat e çelikut të butë me hollësi nga 0 në 100.

Duhet të theksohet menjëherë se aktualisht burimi më i rëndësishëm për vendosjen e sforcimeve kritike përtej kufirit të proporcionalitetit, d.m.th., në fleksibilitet të ulët dhe të mesëm, janë rezultatet e eksperimenteve. Ka përpjekje dhe zgjidhje teorike këtë detyrë, por ato më tepër tregojnë rrugën për kërkime të mëtejshme sesa të ofrojnë bazë për llogaritje praktike.

Para së gjithash, është e nevojshme të zgjidhni shufra me fleksibilitet të ulët, nga 0 në afërsisht 30 x 40; gjatësia e tyre është relativisht e vogël në raport me përmasat e prerjes tërthore. Për shembull, për një shufër me prerje rrethore, fleksibiliteti 20 korrespondon me një raport gjatësi-diametër prej 5. Për shufra të tillë, është e vështirë të flitet për fenomenin e humbjes së qëndrueshmërisë së formës drejtvizore të të gjithë shufrës. në tërësi në kuptimin që ky është rasti për shufrat e hollë dhe të gjatë.

Këto shufra të shkurtra do të dështojnë kryesisht për faktin se sforcimet e shtypjes në to do të arrijnë pikën e rrjedhjes (për materialet duktile) ose kufirin e forcës (për materialet e brishtë). Prandaj, për shufrat e shkurtër, deri në një fleksibilitet prej përafërsisht 3040, sforcimet kritike "do të jenë të barabarta ose pak më të ulëta (për shkak të lakimit të lehtë të vërejtur ende të boshtit të shufrës), përkatësisht (çeliku) ose (gize , dru).

Pra, kemi dy raste kufizuese të funksionimit të shufrave të ngjeshur: shufrat e shkurtër, të cilët humbasin aftësinë e tyre mbajtëse kryesisht për shkak të shkatërrimit të materialit nga ngjeshja dhe shufrat e gjata, për të cilat humbja e aftësisë mbajtëse shkaktohet nga një shkelje e stabilitetit të formës drejtvizore të shufrës. Një ndryshim sasior në raportin e gjatësisë dhe dimensioneve tërthore të shufrës ndryshon të gjithë natyrën e fenomenit të thyerjes. Ajo që mbetet e zakonshme është befasia e fillimit të një gjendjeje kritike në kuptimin e një rritje të papritur të mprehtë të deformimeve.

Në shufrat e ngjeshur me fleksibilitet të madh, për të cilat zbatohet formula e Euler-it, pasi të arrihet forca R vlera kritike, zakonisht vërehet një rritje e mprehtë e deformimeve. Deri në këtë pikë, devijimet priren të rriten me rritjen e ngarkesës, por mbeten të parëndësishme. Teorikisht, dikush do të priste që shufra të qëndronte drejt deri në forcën kritike; Sidoqoftë, një sërë rrethanash që janë të pashmangshme në praktikë - lakimi fillestar i shufrës, disa ekscentricitet në aplikimin e ngarkesës, mbisforcimet lokale, heterogjeniteti i materialit - shkaktojnë devijime të vogla edhe në forcat e shtypjes më pak se kritike.

Varësia e shkurtimit nga stresi gjatë ngjeshjes së shufrave të shkurtra ka një karakter të ngjashëm; kemi të njëjtën befasi të rritjes së deformimeve në një madhësi të caktuar stresi (kur ).

Tani na mbetet të marrim parasysh sjelljen e shufrave të ngjeshur në vlera mesatare të fleksibilitetit, për shembull, për shufrat e çelikut me fleksibilitet nga 40 në 100; Inxhinierët më së shpeshti hasin vlera të ngjashme të fleksibilitetit në praktikë.

Për nga natyra e shkatërrimit, këto shufra i afrohen kategorisë së shufrave të hollë dhe të gjatë; humbasin formën e tyre lineare dhe shkatërrohen nga përkulja e konsiderueshme anësore. Në eksperimentet me to, mund të vërehet prania e një force kritike të shprehur qartë në kuptimin "Eulerian"; sforcimet kritike fitohen mbi kufirin e proporcionalitetit dhe nën forcën e rrjedhshmërisë për rezistencën duktile dhe në tërheqje për materialet e brishtë.

Megjithatë, humbja e formës drejtvizore dhe reduktimi i sforcimeve kritike në krahasim me shufrat e shkurtra për këto shufra fleksibiliteti "mesatar" shoqërohen me të njëjtat fenomene të përkeqësimit të forcës së materialit që shkaktojnë humbje të kapacitetit mbajtës të ngarkesës në shufrat e shkurtër. Këtu kombinohen si ndikimi i gjatësisë, i cili zvogëlon vlerën e sforcimeve kritike, ashtu edhe ndikimi i një rritjeje të konsiderueshme të deformimeve të materialit në sforcimet përtej kufirit të proporcionalitetit.

Përcaktimi eksperimental forcat kritike për shufrat e ngjeshur është prodhuar në mënyrë të përsëritur si këtu dhe jashtë vendit. Materiali eksperimental veçanërisht i gjerë u mblodh nga Prof. F. Yasinsky, i cili përpiloi një tabelë me thekse kritike (“thyerje”) c. në varësi të fleksibilitetit për një sërë materialesh dhe pioniere metoda moderne llogaritja e shufrave të ngjeshur për qëndrueshmëri.

Bazuar në materialin eksperimental të marrë, mund të supozojmë se në streset kritike më të vogla se kufiri i proporcionalitetit, të gjitha eksperimentet konfirmojnë formulën e Euler-it për çdo material.

Për shufrat me fleksibilitet të mesëm dhe të ulët, janë propozuar formula të ndryshme empirike, që tregojnë se sforcimet kritike për një fleksibilitet të tillë ndryshojnë sipas një ligji afër linearit:

Ku A Dhe b koeficientët në varësi të materialit, një fleksibilitet i shufrës. Për gize, Yasinsky mori: A = 338,7MPa, b = 1,483 MPa. Për çelikun 3 me fleksibilitet nga = 40 në = 100 koeficientë A Dhe b mund të pranohet: A = 336 MPa; b = 1,47MPa. Për dru (pishë): A = 29,3 MPa; b = 0,194 MPa.

Ndonjëherë formulat empirike janë të përshtatshme, duke dhënë për rajonin joelastik ndryshimin e sforcimeve kritike sipas ligjit të një parabole katrore; këto përfshijnë formulën

Këtu në = 0 konsiderohet për materialet duktile dhe të brishtë; Koeficient A, i zgjedhur nga kushti i konjugimit të qetë me hiperbolën e Euler-it, ka vlerën:

për çelik me forcë rendimenti = 280 MPa a = 0,009 MPa

Duke pasur parasysh të dhënat e dhëna këtu, një grafik i plotë i stresit kritik (në varësi të fleksibilitetit) mund të ndërtohet për çdo material. Figura 2 tregon një grafik të tillë për ndërtimin e çelikut me një forcë rendimenti dhe kufiri i proporcionalitetit .


Fig.2. Tabela e plotë e stresit kritik për çelikun strukturor.

Grafiku përbëhet nga tre pjesë: një hiperbolë e Euler-it në, një vijë e drejtë e prirur në dhe një vijë e drejtë horizontale, ose pak e pjerrët në . Grafikë të ngjashëm mund të ndërtohen duke kombinuar formulën e Euler-it me rezultatet eksperimentale për materiale të tjera.

Kontrollimi i shufrave të ngjeshur për qëndrueshmëri.

Është vërejtur më parë se për shufrat e ngjeshur duhet të bëhen dy kontrolle:

për forcë

për qëndrueshmëri

Ku

Për të vendosur stresin e lejueshëm për stabilitet, tani na mbetet vetëm të zgjedhim faktorin e sigurisë k.

Në praktikë, ky koeficient ndryshon për çelikun nga 1.8 në 3.0. Faktori i sigurisë për stabilitet zgjidhet më i lartë se faktori i sigurisë për forcën, i barabartë me 1.5 × 1.6 për çelikun.

Kjo shpjegohet me praninë e një numri rrethanash që janë të pashmangshme në praktikë (lakimi fillestar, ekscentriciteti i veprimit, ngarkesat, heterogjeniteti i materialit, etj.) dhe nuk kanë pothuajse asnjë efekt në funksionimin e strukturës nën lloje të tjera deformimesh (përdredhje , përkulje, tension).

Për shufrat e ngjeshur, për shkak të mundësisë së humbjes së qëndrueshmërisë, këto rrethana mund të zvogëlojnë shumë aftësinë mbajtëse të shufrës. Për gize, faktori i sigurisë varion nga 5.0 në 5.5, për dru nga 2.8 në 3.2.

Për të vendosur një lidhje midis stresit të lejueshëm për qëndrueshmëri dhe stresit të lejuar për forcë, le të marrim raportin e tyre:

Përcaktimi

këtu është faktori i reduktimit për stresin kryesor të lejuar për shufrat e ngjeshura.

Duke pasur një grafik të varësisë nga një material i caktuar, duke ditur ose dhe duke zgjedhur faktorët e sigurisë për forcën dhe qëndrueshmërinë, mund të krijoni tabela të vlerave të koeficientit në funksion të fleksibilitetit. Të dhëna të tilla jepen në specifikimet tona teknike për projektimin e strukturave; janë të renditura në tabelë.

Forca në tërheqje

Një vlerë e caktuar pragu për një material specifik, tejkalimi i të cilit do të çojë në shkatërrimin e objektit nën ndikimin e stresit mekanik. Llojet kryesore të kufijve të forcës: statike, dinamike, shtypëse dhe tërheqëse. Për shembull, forca në tërheqje është vlera kufi e një stresi mekanik konstant (kufi statik) ose i ndryshueshëm (kufi dinamik), tejkalimi i të cilit do të çajë (ose deformojë në mënyrë të papranueshme) produktin. Njësia matëse - Pascal [Pa], N/mm² = [MPa].

Forca e rendimentit (σ t)

Sasia e stresit mekanik në të cilën deformimi vazhdon të rritet pa rritur ngarkesën; përdoret për llogaritjen e sforcimeve të lejuara në materialet plastike.

Pas kalimit të pikës së rendimentit, vërehen ndryshime të pakthyeshme në strukturën metalike: rrjeta kristalore është rirregulluar dhe shfaqen deformime të rëndësishme plastike. Në të njëjtën kohë, ndodh vetë-forcimi i metalit dhe pas pikës së rrjedhjes, deformimi rritet me rritjen e forcës tërheqëse.

Ky parametër shpesh përkufizohet si "stresi në të cilin fillon të zhvillohet deformimi plastik", duke identifikuar kështu kufijtë e rendimentit dhe elasticitetit. Megjithatë, duhet kuptuar se këto janë dy parametra të ndryshëm. Vlerat e forcës së rendimentit tejkalojnë kufirin elastik me afërsisht 5%.

Kufiri i qëndrueshmërisë ose kufiri i lodhjes (σ R)

Aftësia e një materiali për të përballuar ngarkesat që shkaktojnë stres ciklik. Ky parametër i forcës përcaktohet si stresi maksimal në një cikël në të cilin dështimi i lodhjes së produktit nuk ndodh pas një numri pafundësisht të madh ngarkesash ciklike (numri bazë i cikleve për çelikun është Nb = 10 7). Koeficienti R (σ R) merret si i barabartë me koeficientin e asimetrisë së ciklit. Prandaj, kufiri i lodhjes së materialit në rastin e cikleve të ngarkimit simetrik shënohet si σ -1, dhe në rastin e atyre pulsuese - si σ 0.

Vini re se testet e lodhjes së produkteve janë shumë të gjata dhe kërkojnë punë intensive, ato përfshijnë analizën e vëllimeve të mëdha të të dhënave eksperimentale me një numër arbitrar ciklesh dhe një shpërndarje të konsiderueshme vlerash. Prandaj, më shpesh përdoren formula të veçanta empirike që lidhin kufirin e qëndrueshmërisë me parametrat e tjerë të forcës së materialit. Parametri më i përshtatshëm konsiderohet të jetë forca në tërheqje.

Për çeliqet, kufiri i qëndrueshmërisë së përkuljes është zakonisht gjysma e forcës në tërheqje: Për çeliqet me rezistencë të lartë, mund të merrni:

Për çeliqet e zakonshëm gjatë përdredhjes në kushte të sforcimeve në ndryshim ciklik, mund të pranohen sa vijon:

Raportet e mësipërme duhet të përdoren me kujdes, sepse ato janë marrë në kushte specifike ngarkimi, d.m.th. gjatë përkuljes dhe përdredhjes. Megjithatë, kur testohet në shtypjen e tensionit, kufiri i qëndrueshmërisë bëhet afërsisht 10-20% më pak se në përkulje.

Kufiri proporcional (σ)

Vlera maksimale e stresit për një material të caktuar në të cilin ende zbatohet ligji i Hooke-it, d.m.th. Deformimi i trupit është drejtpërdrejt proporcional me ngarkesën (forcën) e aplikuar. Ju lutemi vini re se për shumë materiale, arritja (por jo tejkalimi!) i kufirit elastik çon në deformime të kthyeshme (elastike), të cilat, megjithatë, nuk janë më drejtpërdrejt proporcionale me stresin. Në këtë rast, deformime të tilla mund të jenë disi "vonesë" në lidhje me rritjen ose uljen e ngarkesës.

Diagrami i deformimit të një kampioni metalik nën tension në zgjatjen e koordinatave (Є) - stres (σ).

1: Kufiri absolut elastik.

2: Kufiri i proporcionalitetit.

3: Kufiri elastik.

Gjatë nxjerrjes së formulës së Euler-it, u supozua se sforcimet qendrore të ngjeshjes që lindin në seksionet kryq të shufrës nga veprimi i forcës kritike a cr = R/F, mos e kaloni kufirin e proporcionalitetit të materialit rreth pc. Nëse ky kusht nuk plotësohet, atëherë gjatë përcaktimit të forcës kritike nuk mund të përdoret ligji i Hooke, nën supozimin e vlefshmërisë së të cilit fillestar ekuacioni diferencial(13.2). Kështu, kusht për zbatueshmërinë e formulës së Euler-it V rast i përgjithshëm duket si

Le të shënojmë me A vlerën e fleksibilitetit në të cilën a ko = o pi:

Atëherë kushti për zbatueshmërinë e formulës së Euler-it (13.16) mund të paraqitet në formën

Sasia e përcaktuar me formula (13.17) quhet fleksibilitet ekstrem. Shufrat për të cilat kushti (13.18) është i plotësuar quhen shufra shumë fleksibël.

Siç mund të shihet nga formula (13.17), fleksibiliteti përfundimtar varet nga vetitë e materialit: moduli elastik dhe kufiri i proporcionalitetit. Që për çelikun E= 2.1 10 5 MPa, atëherë A varet nga vlera e pc, domethënë nga klasa e çelikut. Për shembull, për disa çeliqe të klasës VStZ që janë të zakonshëm në strukturat e ndërtimit, vlera o p është 200n-210 MPa, dhe sipas formulës (13.17) rezulton Aj = 100. Kështu, për çeliqet e klasave të treguara, kushti për mund të merret parasysh zbatueshmëria e formulës së Euler-it

Vlera maksimale e fleksibilitetit për një pemë mund të merret si Aj = 70; për gize = 80.

Përcaktimi teorik i ngarkesave kritike në sforcimet që tejkalojnë kufirin e proporcionalitetit të materialit është mjaft i vështirë. Në të njëjtën kohë, ka një numër të madh hulumtim eksperimental qëndrueshmëria e shufrave që veprojnë përtej kufirit të proporcionalitetit të materialit. Këto studime treguan se në një cr o pc ka një mospërputhje të konsiderueshme midis vlerave eksperimentale dhe teorike të forcave kritike të llogaritura duke përdorur formulën Euler. Në këtë rast, formula e Euler-it jep gjithmonë një vlerë të mbivlerësuar të forcës kritike.

Bazuar në të dhënat eksperimentale, autorë të ndryshëm kanë propozuar formula empirike për llogaritjen e streseve kritike përtej kufirit të proporcionalitetit të materialit. Më e thjeshta është varësia lineare, propozuar në fillim të shekullit të 20-të nga shkencëtari gjerman L. Tetmeier dhe në mënyrë të pavarur prej tij nga profesori i Institutit të Inxhinierëve të Transportit në Shën Petersburg F.S. Yasinsky:

Ku A Dhe b- koeficientët empirikë që varen nga vetitë e materialit të shufrës dhe kanë dimensionin e sforcimit.

Për klasën e çelikut VStZ me një kufi proporcionaliteti një pc = 200 MPa dhe një forcë rrjedhëse a t = 240 MPa, u përftua A= 310 MPa, b= 1,14 MPa.

Për disa materiale Përdoren X varësi jolineare. Kështu, për shembull, për dru (pishë, bredh, larsh) me X

Për gize në X

Formula Tetmyer-Jasinski (13.20) mund të përdoret me kusht që sforcimet kritike të llogaritura duke përdorur këtë formulë të mos e kalojnë forcën rrjedhëse o m për një material plastik dhe rezistencën në shtypje o vs për një material të brishtë. Duke treguar në formulën (13.20) me X 2 vlera e fleksibilitetit në të cilën a = A për duktil ose o = a për brishtë

cr t cr diell

materiali mund të shkruhet kushti i zbatueshmërisë Formulat Tetmeier-Jasinski në formë

ku A përcaktohet me formulën (13.17).

Shufrat për të cilat kushti (13.23) është i plotësuar quhen shufra me fleksibilitet të mesëm.

Duke marrë parasysh vlerat e mësipërme o m,ii1) për klasën e çelikut VStZ duke përdorur formulën (13.20) marrim X 2 ~ 60, dhe kushti (13.23) do të marrë formën e mëposhtme

Shufra që X quhen shufra me fleksibilitet të ulët. Ato mund të shemben jo si rezultat i humbjes së stabilitetit, por si rezultat i humbjes së forcës nën ngjeshjen qendrore. Në këtë rast, për shufrat me fleksibilitet të ulët të bërë nga materiale duktile dhe të brishtë, duhet të merren në përputhje me rrethanat

Në Fig. Figura 13.8 tregon një grafik të varësisë së sforcimeve kritike nga fleksibiliteti për klasën e çelikut VStZ me një kufi proporcionaliteti një pc = 200 MPa dhe një forcë rrjedhëse a t = 240 MPa. Në X> 100 grafik rreth OH) përfaqësohet nga hiperbola e Euler-it LV,

në 60 X para Krishtit, në 0 X 60 - vijë horizontale CD. Për vlerat X 100 Hiperbola e Euler-it paraqitet me një vijë me pika. Nga ky grafik është e qartë se për shufrat me fleksibilitet të mesëm dhe të ulët, formula Euler jep vlera shumë të mbivlerësuara të streseve kritike.

Për shufrat e bëra nga materiali plastik në sforcimet kritike st, X, vlera e st mund të përcaktohet gjithashtu duke përdorur varësinë kuadratike

ku A,j është fleksibiliteti maksimal, i përcaktuar nga formula (13.17). Grafiku i varësisë së dhënë është paraqitur në Fig. Kurba 13.8 BC (D, e cila devijon pak nga vija e thyer BCD.

Sot, ekzistojnë disa metoda për testimin e mostrave të materialit. Në të njëjtën kohë, një nga testet më të thjeshta dhe më zbuluese janë testet e tërheqjes (tërheqjes), të cilat bëjnë të mundur përcaktimin e kufirit të proporcionalitetit, forcës së rrjedhshmërisë, modulit elastik dhe karakteristikave të tjera të rëndësishme të materialit. Meqenëse karakteristika më e rëndësishme e gjendjes së stresit të një materiali është deformimi, përcaktimi i vlerës së deformimit për dimensionet e njohura të kampionit dhe ngarkesat që veprojnë në kampion bën të mundur vendosjen e karakteristikave të mësipërme të materialit.

Këtu mund të lindë pyetja: pse nuk mund të përcaktojmë thjesht rezistencën e një materiali? Fakti është se materialet absolutisht elastike, të cilat shemben vetëm pasi të kapërcejnë një kufi të caktuar - rezistencë, ekzistojnë vetëm në teori. Në realitet, shumica e materialeve kanë veti elastike dhe plastike, ne do të shqyrtojmë se cilat janë këto veti më poshtë duke përdorur shembullin e metaleve.

Provat e tërheqjes së metaleve kryhen në përputhje me GOST 1497-84. Për këtë, përdoren mostra standarde. Procedura e provës duket diçka si kjo: një ngarkesë statike aplikohet në kampion dhe përcaktohet zgjatja absolute e kampionit Δl, atëherë ngarkesa rritet me një vlerë të caktuar hapi dhe përsëri përcaktohet zgjatja absolute e kampionit, e kështu me radhë. Bazuar në të dhënat e marra, ndërtohet një grafik i zgjatjes kundrejt ngarkesës. Ky grafik quhet një diagram stresi.

Figura 318.1. Diagrami i stresit për një kampion çeliku.

Në këtë diagram shohim 5 pika karakteristike:

1. Kufiri i proporcionalitetit R f(pika A)

Sforcimet normale në seksionin kryq të kampionit kur arrihet kufiri i proporcionalitetit do të jenë të barabarta me:

σ p = P p /F o (318.2.1)

Kufiri i proporcionalitetit kufizon zonën e deformimeve elastike në diagram. Në këtë seksion, deformimet janë drejtpërdrejt proporcionale me sforcimet, e cila shprehet me ligjin e Hooke-it:

R p = kΔl (318.2.2)

ku k është koeficienti i ngurtësisë:

k = EF/l (318.2.3)

ku l është gjatësia e kampionit, F është zona e prerjes tërthore, E është moduli i Young.

Modulet elastike

Karakteristikat kryesore të vetive elastike të materialeve janë moduli E i Young-ut (moduli i elasticitetit të llojit të parë, moduli i elasticitetit në tension), moduli i elasticitetit të llojit të dytë G (moduli i elasticitetit në prerje) dhe raporti i Poisson-it μ (tërthor koeficienti i deformimit).

Moduli E i Young tregon raportin e sforcimeve normale me sforcimet relative brenda kufijve të proporcionalitetit

Moduli i Young përcaktohet gjithashtu në mënyrë empirike gjatë testimit të mostrave standarde në tërheqje. Meqenëse sforcimet normale në material janë të barabarta me forcën e ndarë me sipërfaqen fillestare të prerjes tërthore:

σ = Р/F о (318.3.1), (317.2)

dhe zgjatja relative ε - raporti i deformimit absolut me gjatësinë fillestare

ε pr = Δl/l o (318.3.2)

atëherë moduli i Young-it sipas ligjit të Hukut mund të shprehet si më poshtë

E = σ/ε pr = Pl o /F o Δl = tg α (318.3.3)

Figura 318.2. Skemat e stresit të disa lidhjeve metalike

Raporti i Poisson-it μ tregon raportin e sforcimeve tërthore me ato gjatësore

Nën ndikimin e ngarkesave, jo vetëm që rritet gjatësia e mostrës, por zvogëlohet edhe sipërfaqja e prerjes tërthore në shqyrtim (nëse supozojmë se vëllimi i materialit në rajonin e deformimit elastik mbetet konstant, atëherë një rritja e gjatësisë së kampionit çon në uljen e sipërfaqes së prerjes tërthore). Për një kampion që ka një prerje tërthore rrethore, ndryshimi në sipërfaqen e prerjes tërthore mund të shprehet si më poshtë:

ε pop = Δd/d o (318.3.4)

Atëherë raporti i Poisson-it mund të shprehet me ekuacionin e mëposhtëm:

μ = ε pop /ε pr (318.3.5)

Moduli i prerjes G tregon raportin e sforcimeve prerëse T në këndin e prerjes

Moduli i prerjes G mund të përcaktohet eksperimentalisht duke testuar ekzemplarët për përdredhje.

Gjatë deformimeve këndore, seksioni në shqyrtim nuk lëviz në mënyrë lineare, por në një kënd të caktuar - këndi i zhvendosjes γ në seksionin fillestar. Meqenëse sforcimi i prerjes është i barabartë me forcën e pjesëtuar me zonën në rrafshin në të cilin vepron forca:

T= Р/F (318.3.6)

dhe tangjentja e këndit të prirjes mund të shprehet si raport i deformimit absolut Δl në distancën h nga vendi ku është regjistruar deformimi absolut deri në pikën në lidhje me të cilën është bërë rrotullimi:

tgγ = Δl/h (318.3.7)

atëherë në vlera të vogla të këndit të prerjes moduli i prerjes mund të shprehet me ekuacionin e mëposhtëm:

G= T/γ = Ph/FΔl (318.3.8)

Moduli i Young-it, moduli i prerjes dhe raporti i Poisson-it lidhen me njëri-tjetrin nga relacioni i mëposhtëm:

E = 2(1 + μ)G (318.3.9)

Vlerat e konstantave E, G dhe µ janë dhënë në tabelën 318.1

Tabela 318.1. Vlerat e përafërta të karakteristikave elastike të disa materialeve

Shënim: Modulet elastike janë vlera konstante, megjithatë, teknologjitë e prodhimit për materiale të ndryshme ndërtimi ndryshojnë dhe vlerat më të sakta të moduleve elastike duhet të sqarohen sipas dokumenteve rregullatore të vlefshme aktualisht. Moduli i elasticitetit të betonit varet nga klasa e betonit dhe për këtë arsye nuk është dhënë këtu.

Karakteristikat elastike përcaktohen për materiale të ndryshme brenda kufijve të deformimeve elastike të kufizuara në diagramin e sforcimit nga pika A. Ndërkohë, në diagramin e sforcimeve mund të identifikohen disa pika të tjera:

2. Kufiri elastik Р у

Sforcimet normale në seksionin kryq të kampionit kur arrihet kufiri elastik do të jenë të barabarta me:

σ y = Р y /F o (318.2.4)

Kufiri elastik kufizon zonën në të cilën deformimet plastike të shfaqura janë brenda një vlere të vogël të caktuar, të normalizuar nga kushtet teknike (për shembull, 0,001%; ​​0,01%, etj.). Ndonjëherë kufiri elastik caktohet sipas tolerancës σ 0,001, σ 0,01, etj.

3. Forca e rendimentit Р t

σ t = Р t /F o (318.2.5)

Kufizon zonën e diagramit në të cilën rritet deformimi pa një rritje të konsiderueshme të ngarkesës (gjendja e rendimentit). Në këtë rast, një këputje e pjesshme ndodh në të gjithë vëllimin e kampionit. lidhjet e brendshme, e cila çon në deformime të konsiderueshme plastike. Materiali i mostrës nuk është shkatërruar plotësisht, por dimensionet e tij gjeometrike fillestare pësojnë ndryshime të pakthyeshme. Në sipërfaqen e lëmuar të mostrave vërehen shifra të rendimentit - vija prerëse (zbuluar nga profesor V.D. Chernov). Për metale të ndryshme, këndet e prirjes së këtyre vijave janë të ndryshme, por janë në intervalin 40-50 o. Në këtë rast, një pjesë e energjisë potenciale të akumuluar shpenzohet në mënyrë të pakthyeshme për këputjen e pjesshme të lidhjeve të brendshme. Gjatë testimit të rezistencës në tërheqje, është zakon të bëhet dallimi midis kufijve të sipërm dhe të poshtëm të rendimentit - respektivisht, më i lartë dhe më i ulët i sforcimeve në të cilat deformimi plastik (mbetur) rritet pothuajse me vlerë konstante ngarkesë efektive.

Diagramet e stresit tregojnë forcën e rendimentit më të ulët. Është ky kufi për shumicën e materialeve që merret si rezistenca standarde e materialit.

Disa materiale nuk kanë një pllajë të theksuar rendimenti. Për ta, forca e kushtëzuar e rrjedhjes σ 0,2 merret si sforcimi në të cilin zgjatja e mbetur e kampionit arrin një vlerë prej ε ≈0,2%.

4. Rezistenca në tërheqje P max (forca e përkohshme)

Sforcimet normale në seksionin kryq të kampionit kur arrihet forca përfundimtare do të jenë të barabarta me:

σ in = P max /F o (318.2.6)

Pas tejkalimit të kufirit të sipërm të rendimentit (që nuk tregohet në diagramet e stresit), materiali përsëri fillon t'i rezistojë ngarkesave. Me forcën maksimale P max, fillon shkatërrimi i plotë i lidhjeve të brendshme të materialit. Në këtë rast, deformimet plastike përqendrohen në një vend, duke formuar një të ashtuquajtur qafë në mostër.

Stresi në ngarkesën maksimale quhet qëndrueshmëria në tërheqje ose qëndrueshmëria në tërheqje e materialit.

Tabelat 318.2 - 318.5 japin vlerat e përafërta të forcës për disa materiale:

Tabela 318.2 Kufijtë e përafërt të rezistencës në shtypje (rezistenca e përkohshme) e disa materialeve të ndërtimit.

shënim: Për metalet dhe lidhjet, vlera e rezistencës në tërheqje duhet të përcaktohet në përputhje me dokumentet rregullatore. Vlera e rezistencave të përkohshme për disa lloje çeliku mund të shihet.

Tabela 318.3. Kufijtë e përafërt të forcës (fortësitë në tërheqje) për disa plastikë

Tabela 318.4. Rezistenca e përafërt në tërheqje për disa fibra

Tabela 318.5. Kufijtë e përafërt të forcës për disa lloje druri

5. Shkatërrimi material P r

Nëse shikoni diagramin e stresit, duket se shkatërrimi i materialit ndodh me uljen e ngarkesës. Kjo përshtypje krijohet sepse si rezultat i formimit të një "qafe", zona e prerjes tërthore e mostrës në zonën e "qafës" ndryshon ndjeshëm. Nëse ndërtoni një diagram stresi për një mostër të bërë nga çeliku me karbon të ulët në varësi të zonës së ndryshimit të seksionit tërthor, do të shihni që sforcimet në seksionin në shqyrtim rriten në një kufi të caktuar:

Figura 318.3. Diagrami i stresit: 2 - në lidhje me zonën fillestare të prerjes tërthore, 1 - në lidhje me zonën e ndryshimit të prerjes tërthore në zonën e qafës.

Sidoqoftë, është më e saktë të merren parasysh karakteristikat e forcës së materialit në lidhje me zonën e seksionit origjinal, pasi llogaritjet e forcës rrallë parashikojnë një ndryshim në formën origjinale gjeometrike.

Një nga karakteristikat mekanike të metaleve është ndryshimi relativ ψ i zonës së prerjes tërthore në zonën e qafës, i shprehur në përqindje:

ψ = 100(F o - F)/F o (318.2.7)

ku F o është zona fillestare e seksionit kryq të kampionit (zona e seksionit kryq para deformimit), F është zona e seksionit tërthor në zonën e "qafës". Sa më e lartë të jetë vlera e ψ, aq më të theksuara janë vetitë plastike të materialit. Sa më e ulët të jetë vlera e ψ, aq më e madhe është brishtësia e materialit.

Nëse mblidhni pjesët e grisura të kampionit dhe matni zgjatimin e saj, rezulton se është më pak se zgjatja në diagram (nga gjatësia e segmentit NL), pasi pas këputjes deformimet elastike zhduken dhe mbeten vetëm deformimet plastike. . Sasia e deformimit (zgjatimit) plastik është gjithashtu një karakteristikë e rëndësishme e vetive mekanike të materialit.

Përtej elasticitetit, deri në thyerje, deformimi total përbëhet nga përbërës elastikë dhe plastikë. Nëse e sillni materialin në sforcime që tejkalojnë forcën e rrjedhjes (në Fig. 318.1, një pikë midis forcës rrjedhëse dhe rezistencës në tërheqje), dhe më pas e shkarkoni atë, atëherë deformimet plastike do të mbeten në mostër, por kur rimbushet pas njëfarë kohe, kufiri elastik do të bëhet më i lartë, pasi në këtë rast, një ndryshim në formën gjeometrike të mostrës si rezultat i deformimeve plastike bëhet, si të thuash, rezultat i veprimit të lidhjeve të brendshme, dhe forma gjeometrike e ndryshuar bëhet fillestare. një. Ky proces i ngarkimit dhe shkarkimit të materialit mund të përsëritet disa herë, dhe vetitë e forcës së materialit do të rriten:

Figura 318.4. Diagrami i stresit gjatë forcimit të punës (vijat e drejta të pjerrëta korrespondojnë me shkarkimin dhe ngarkimin e përsëritur)

Ky ndryshim në vetitë e forcës së një materiali, i marrë përmes ngarkimit të përsëritur statik, quhet forcim i punës. Megjithatë, kur forca e një metali rritet nga forcimi i ftohtë, vetitë e tij plastike ulen dhe brishtësia e tij rritet, kështu që forcimi relativisht i vogël zakonisht konsiderohet i dobishëm.

Puna e deformimit

Sa më të mëdha të jenë forcat e brendshme të ndërveprimit midis grimcave të materialit, aq më e lartë është forca e materialit. Prandaj, vlera e rezistencës së zgjatjes për njësi vëllimi të një materiali mund të shërbejë si një karakteristikë e forcës së tij. Në këtë rast, forca në tërheqje nuk është një karakteristikë shteruese e vetive të forcës së një materiali të caktuar, pasi karakterizon vetëm prerje tërthore. Kur ndodh një këputje, ndërlidhjet shkatërrohen në të gjithë zonën e prerjes tërthore dhe gjatë prerjeve, të cilat ndodhin gjatë çdo deformimi plastik, shkatërrohen vetëm ndërlidhjet lokale. Duhet pak punë për të thyer këto lidhje. forcat e brendshme ndërveprimi, i cili është i barabartë me punën e forcave të jashtme të shpenzuara në lëvizje:

A = РΔl/2 (318.4.1)

ku 1/2 është rezultat i veprimit statik të ngarkesës, duke u rritur nga 0 në P në momentin e aplikimit të saj (vlera mesatare (0 + P)/2)

Gjatë deformimit elastik, puna e forcave përcaktohet nga zona e trekëndëshit OAB (shih Fig. 318.1). Puna totale e shpenzuar për deformimin e kampionit dhe shkatërrimin e tij:

A = ηР max Δl max (318.4.2)

ku η është koeficienti i plotësisë së diagramit, i barabartë me raportin e sipërfaqes së të gjithë diagramit, i kufizuar nga kurba AM dhe linjat e drejta OA, MN dhe ON, me sipërfaqen e një drejtkëndëshi me brinjë 0P max (përgjatë boshtit P) dhe Δl max (vija me pika në Fig. 318.1). Në këtë rast, është e nevojshme të zbritet puna e përcaktuar nga zona e trekëndëshit MNL (në lidhje me deformimet elastike).

Puna e shpenzuar për deformimin plastik dhe shkatërrimin e kampionit është një nga karakteristikat e rëndësishme të materialit që përcakton shkallën e brishtësisë së tij.

Tendosja e ngjeshjes

Deformimet në shtypje janë të ngjashme me deformimet në tërheqje: së pari, ndodhin deformime elastike, të cilave u shtohen deformimet plastike përtej kufirit elastik. Natyra e deformimit dhe thyerjes gjatë kompresimit është paraqitur në Fig. 318.5:

Figura 318.5

a - për materiale plastike; b - për materialet e brishta; c - për dru përgjatë grurit, d - për dru në të gjithë kokrrën.

Testet e kompresimit janë më pak të përshtatshme për përcaktimin e vetive mekanike të materialeve plastike për shkak të vështirësisë së regjistrimit të momentit të dështimit. Metodat e provës mekanike të metaleve rregullohen nga GOST 25.503-97. Gjatë testimit për kompresim, forma e mostrës dhe dimensionet e saj mund të jenë të ndryshme. Vlerat e përafërta të rezistencës në tërheqje për materiale të ndryshme janë dhënë në tabelat 318.2 - 318.5.

Nëse materiali është nën ngarkesë në tension konstant, atëherë deformimit elastik pothuajse të menjëhershëm i shtohet gradualisht deformimi elastik shtesë. Kur ngarkesa hiqet plotësisht, deformimi elastik zvogëlohet në proporcion me sforcimet në rënie dhe deformimi elastik shtesë zhduket më ngadalë.

Deformimi shtesë elastik që rezulton nën stres të vazhdueshëm, i cili nuk zhduket menjëherë pas shkarkimit, quhet efekt pasues elastik.

Ndikimi i temperaturës në ndryshimet në vetitë mekanike të materialeve

Gjendja e ngurtë nuk është gjendja e vetme e grumbullimit të një substance. Lëndët e ngurta ekzistojnë vetëm në një gamë të caktuar të temperaturave dhe presioneve. Rritja e temperaturës çon në tranzicioni fazor nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme, dhe vetë procesi i kalimit quhet shkrirje. Pikat e shkrirjes, si karakteristikat e tjera fizike të materialeve, varen nga shumë faktorë dhe përcaktohen edhe eksperimentalisht.

Tabela 318.6. Pikat e shkrirjes së disa substancave

shënim: Tabela tregon pikat e shkrirjes në presionin atmosferik (përveç heliumit).

Elastike dhe karakteristikat e forcës materialet e dhëna në tabelat 318.1-318.5 përcaktohen, si rregull, në një temperaturë prej +20 o C. GOST 25.503-97 lejon testimin e mostrave metalike në intervalin e temperaturës nga +10 në +35 o C.

Kur temperatura ndryshon, energjia potenciale e trupit ndryshon, që do të thotë se vlera e forcave të ndërveprimit të brendshëm gjithashtu ndryshon. Prandaj, vetitë mekanike të materialeve varen jo vetëm nga vlere absolute temperaturës, por edhe në kohëzgjatjen e veprimit të saj. Për shumicën e materialeve, kur nxehen, karakteristikat e forcës (σ p, σ t dhe σ v) ulen, ndërsa plasticiteti i materialit rritet. Ndërsa temperatura ulet, karakteristikat e forcës rriten, por në të njëjtën kohë rritet brishtësia. Kur nxehet, moduli E i Young zvogëlohet, dhe raporti i Poisson-it rritet. Kur temperatura ulet, ndodh procesi i kundërt.

Figura 318.6. Ndikimi i temperaturës në karakteristikat mekanike të çelikut të karbonit.

Kur metalet me ngjyra dhe lidhjet e prodhuara prej tyre nxehen, forca e tyre bie menjëherë dhe në një temperaturë afër 600 ° C, praktikisht humbet. Përjashtim bën kromi aluminotermik, qëndrueshmëria në tërheqje e të cilit rritet me rritjen e temperaturës dhe në temperaturën 1100°C arrin një maksimum σ në1100 = 2σ në20.

Karakteristikat e duktilitetit të bakrit, lidhjeve të bakrit dhe magnezit zvogëlohen me rritjen e temperaturës, ndërsa ato të aluminit rriten. Kur plastika dhe goma nxehen, forca e tyre në tërheqje zvogëlohet ndjeshëm, dhe kur ftohen, këto materiale bëhen shumë të brishtë.

Efekti i rrezatimit radioaktiv në ndryshimet në vetitë mekanike

Ekspozimi ndaj rrezatimit ndikon ndryshe në materiale të ndryshme. Rrezatimi i materialeve me origjinë inorganike në efektin e tij në karakteristikat mekanike dhe karakteristikat e plasticitetit është i ngjashëm me një ulje të temperaturës: me një rritje të dozës së rrezatimit radioaktiv, forca në tërheqje dhe veçanërisht forca e rrjedhshmërisë rritet, dhe karakteristikat e plasticitetit zvogëlohen.

Rrezatimi i plastikës gjithashtu çon në një rritje të brishtësisë, dhe rrezatimi ka efekte të ndryshme në rezistencën në tërheqje të këtyre materialeve: në disa plastikë nuk ka pothuajse asnjë efekt (polietileni), në të tjera shkakton një rënie të ndjeshme të rezistencës në tërheqje (katamen), dhe në të tjera rrit qëndrueshmërinë në tërheqje (selectron ).



Artikuj të ngjashëm